光可以'穿过'西汉青铜镜把花纹投射到墙上?周总理:把这道理搞清楚

1961年，周总理在视察上海博物馆时，一件西汉青铜透光镜引起他极大的兴趣。

当一束光线照射到这个青铜镜的镜面后，神奇的一幕出现了：镜子前面的墙上竟然显现出了青铜镜背后的花纹和文字。给人的感觉是光线“穿过”了金属质地的青铜镜，把镜子背后的花纹及文字投射到了墙上。

因为一直搞不清楚西汉青铜透光镜的原理，这样的宝贝不便对外陈列，以免被参观者问起来尴尬，上海博物馆只好将其先存放在库房中。

为此，周总理对陪同参观的上海博物馆原馆长马承源指示说：“你们以后要好好做工作，把这个道理搞清楚。”

但透光镜的研究是一项复杂的科学探索工程，受制于当时的条件，此后十多年，研究课题一直未能展开，这也成为上海博物馆的一个心结。

上世纪七十年代，解决西汉青铜透光镜原理的工作终于提上了日程。上海博物馆找到了时任上海科技交流站交流组组长、学习金属铸造出身的阮崇武，希望他能破解这一千古谜团。

1975年，阮崇武联系上海复旦大学、上海交通大学、上海仪表铸锻厂等专家进行研究和复制。

对于破解西汉青铜镜透光之谜，阮崇武信心满满，他相信现代科技一定可以破解甚至复制出一模一样的青铜镜来。

但研究之初就遇到了难题。

按照一般想法，要想研究青铜透光镜，需要提取原始青铜镜的样本以分析其金属成份和性质。但只要提取样本，哪怕只是从上面提取七分之一头发丝大小的样本也会对青铜镜有所损伤。

要知道，在当时上海博物馆储存的数千件青铜镜中，能够透光的仅仅有4件，其珍贵程度不言而喻，可以说是被上海博物馆视为上古宝物，任何一点破坏都是不允许的。

怎么办？最终，研究人员选择了无损探查。由复旦大学对透光镜的镜面进行了激光干涉测量。发现透光镜看似平滑的镜面是由无数微小的凹凸起伏的表面组成，其凹凸部分基本与镜背面的花纹形状相似。

原来，西汉青铜透光镜并非是将背面的花纹反射出来，而是通过这些凹凸起伏所反射的明暗不同的光线投射到墙上，给人以铜镜透光的错觉。

但这种凹凸起伏是肉眼不可见的，现代人通过激光干涉测量才分辨出来，没有现代科技的古人是怎么制造的呢？

最初，研究人员复制出来一件铜镜，外形及反射效果都非常好。但专家对其运用的加工方法提出了质疑。原来研究人员运用的是一种加热的方法，温度达到一定度数后就会出现这种效果，但古人是没有这样的设备和技术的，而且该铜镜的材料是黄铜，古代用的是青铜，没有黄铜这种材料。显然，这并不是古代的制镜工艺。

中国古代是怎么制造铜镜的呢？查询史料记载发现，当时铜镜作为一种生活用品，也衍生出了一种特殊的民间行业——磨镜。即对产生磨损的青铜镜面，用羊毛毡蘸上特制的磨镜药在镜面上反复摩擦以恢复光亮。

按照这一思路，对新铸造完成的青铜镜仿照古代磨镜工艺进行了探索。经过一次又一次失败，专家们终于找到了磨镜的诀窍。

因为镜面透光效果与镜体厚薄有很大关系，但要通过磨镜磨出与镜背面对应的肉眼不可见的纹路是极为困难的。必须从四边开始往中间磨，达到一定的薄度才可以达到透光效果，如果是从中间开始往边上磨是磨不出透光效果的。

经过两年的不断摸索，青铜透光镜的透光和制作谜团终于被破解。

原来，经过特殊的铸造和打磨工艺后，镜面出现了肉眼不可见的凹凸起伏。其中，镜面凹的地方光线集中产生亮区，凸的地方光线散射产生暗区，从而产生了与镜背面花纹相似的反射投影。

1977年，上海交通大学和上海仪表铸锻厂按照古代铸造和魔镜工艺分别复制出了现代版的青铜透光镜。

那么，为什么经过特殊的铸造和打磨后，会在镜面上出现肉眼不可见的凹凸起伏呢？经过对一件复制的青铜透光镜解剖后，终于找到了西汉青铜“透光镜”的铸造原理。

原来，当上千度的青铜水浇入陶制模具时，铜水在冷却时就会出现一种铸造应力。

因为，所有的青铜透光镜，其边缘都又宽又厚，冷却速度较慢。中心部分则较薄，冷却速度较快。

当中心花纹部分已完全冷却成型后，青铜透光镜边缘尚未冷却完成，此时，在青铜镜边缘冷却收缩力的作用下，会对中心花纹部分产生压应力，便镜面中心部分出现了凸起。

而当凸起的镜面按照从四周向中心打磨到一定的薄度时，在因凝固收缩而产生的铸造应力和研磨产生的压应力共同作用下，就形成了物理性质上的弹性形变，这种弹性形变叠加发生作用而使镜面与镜背花纹之间产生相应的曲率，从而导致出现这种“透光”效果。

1978年春天，在全国科技大会上，西汉青铜透光镜复制项目获奖。时隔2000年之后，我们终于破解了这一古代黑科技的秘密，完成了周总理生前对解决西汉青铜透光镜原理的要求。